第三章_力及压力测量-33应变片
检测技术基础3周-应变片
•:泊松系数, =0.3→0.5; ε和 分别r 为纵向应变（长度相对 变化量）和横向应变（横向相对变化量）
半导体应变片
将半导体材料用特殊工艺在基片上涂膜形成扩散硅。当扩散硅 受外力作用后两端电阻也发生变化,也可以用金属电阻丝应变片 表达式:
d R Rd l l2d l ld (12)d
金属-半导体区别
❖ (1)对于金属电阻丝应变片的电阻率受力后变化甚微,故可以忽略 不计:
dRdl2dl(12)K
Rl l
K(1为2电)阻丝灵敏系数，μ在0.3-0.5，所以K为1.6-2.0。 ❖ (2)对于半导体应变片是根据压阻效应工作的电阻率的变化要比
前两项大得多.
dRRdrEK
其中:r压阻系数;沿纵向的应变;E材料的弹性模量; K灵敏系数。 K=50-70远比金属电阻丝应变片的灵敏度高。
Ri=R
❖ (1)单臂电桥
R1-R4只有一个为工作的应变片(如R1),其余为固定电阻. 则:R1=R2=R3=R4; ΔR1=ΔR， ΔR2-4=0
U 0'(R 1 R 1R R 22)2 R R 11 R R 22 R R 33 R R 44 U
R2 R3 R4 0
U0
'
U 4
说明: (1)电阻式传感器将电阻变化量转换成电能信号,如电压,电流, 才可以在仪表系统里进行传递和处理。
(2)电阻式传感器的电阻变化量R通常很小,所以转换的信号 是微弱的,需要经过调理放大后驱动显示。
应变片传感器
❖ 用途: 压力,荷重,扭矩,加速度等的测量。 ❖ 特点: 体积小,性能稳定,精度高,结构简单,测量范围大,抗干扰能力
U0
R1R3R4R2 U (R1R2)(R3R4)
第三章压力与真空度检测仪表
管子的自由端B封闭,另一端固定
在接头9上。
第三章压力与真空度检测仪表
3.2.3 弹簧管压力计 (2).工作原理(单圈弹簧管) 通入压力p后,椭圆形截面在p作用下将趋于圆形,使自由 端B产生位移,且与p的大小成正比(具有线性刻度)。所以 只要测得B点的位移量,就能反映压力p的大小。
第三章压力与真空度检测仪表
p表压 = p绝对压力- p大气压力
真空度(负压):当被测压 P绝对压力 力低于大气压力时,大气 压力和绝对压力之差,即
P表压 P真空度 P绝对压力
大气压力线 绝对压力的零线
p真空度 = p大气压力 - p绝对压力
绝对压力、表压、负压（真空度）的关系
压力仪表测量的为表压第三或章压真力与空真空度度检。测仪表
3.2.3 弹簧管压力计
分单圈和多圈;按用途分普通压力表.耐腐蚀氨用压力表.
禁油氧气压力表。它们外形和结构相同,只是材料不同。
(1).结构
1—弹簧管; 2—拉杆; 3—扇形齿轮; 5--指针;
4—中心齿轮; 6—面板;
7—游丝; 8—调节螺钉;
9—接头。
弹簧管1是测量元件,是一根弯成
270°的椭圆截面的空心金属管。
第三章压力与真空度检测仪表
3.2.2 测量原理 根据虎克定律,弹性元件在一定范围内变形与所受外力 成正比,即: x= pA/C p—压力,Pa； A—承受压力的有效面积,m2； C—弹性元件的刚度系数。 测量原理:弹性元件材料、尺寸等确定后,则弹性元件产生 拉伸或压缩位移x与被测压力p成正比。
第三章压力与真空度检测仪表
第三章压力与真空度检测仪表
3.2.1 弹性元件 (2). 弹性膜片 由具有弹性的金属或非金属片构成,在压力作用下能产生 变形。
自动检测技术及应用(选择题答案)(1)
考试安排：星期天1点30到3点30在3-101考运动控制；4点到6点在3-101考工厂供电；7点到9点在4-101考微机。
自动检测技术及应用——梁森选择题答案1.单项选择题1）某压力仪表厂生产的压力表满度相对误差均控制在0.4%~0.6%，该压力表的精度等级应定为__C__级，另一家仪器厂需要购买压力表，希望压力表的满度相对误差小于0.9%，应购买__B__级的压力表。
A. 0 .2 B. 0 .5 C. 1 .0 D. 1.52）某采购员分别在三家商店购买100kg大米、10kg苹果、1kg巧克力，发现均缺少约0.5kg，但该采购员对卖巧克力的商店意见最大，在这个例子中，产生此心理作用的主要因素是__B__。
A.绝对误差B.示值相对误差C.满度相对误差D.精度等级3）在选购线性仪表时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。
这时必须考虑到应尽量使选购的仪表量程为欲测量的__C__左右为宜。
A.3倍 B.10倍 C.1.5倍 D.0.75倍4）用万用表交流电压档（频率上限仅为5kHz）测量频率高达500kHz、10V左右的高频电压，发现示值还不到2V，该误差属于__D__。
用该表直流电压档测量5号干电池电压，发现每次示值均为1.8V，该误差属于 A 。
A.系统误差B.粗大误差C.随机误差D.动态误差5）重要场合使用的元器件或仪表，购入后需进行高、低温循环老化试验，其目的是为了__D__。
A.提高精度B.加速其衰老C.测试其各项性能指标D.提高可靠性2.各举出两个非电量电测的例子来说明1）静态测量； 2）动态测量；3）直接测量； 4）间接测量；5）接触式测量； 6）非接触式测量；7）在线测量； 8）离线测量。
3.有一温度计，它的测量范围为0～200℃，精度为0.5级，试求：1）该表可能出现的最大绝对误差为__A__。
A. 1℃B. 0.5℃C. 10℃D. 200℃2）当示值为20℃时的示值相对误差为__B__，100℃时的示值相对误差为__C__。
热工第3章 压力测量
U 改变铁芯与线圈之间的相对位置
差动变压器式（互感式）压力测量
次级线圈头尾对接 1：铁芯；2：初级线圈； 3：次级线圈；4：骨架
u=e1-e2
起始状态：铁芯处于中间e1=e2，u=0； 铁芯上移： e1↑e2↓，u>0； 铁芯下移： e1↓e2↑ ，u<0。
注意事项：
电源 i 、f 变大则灵敏度变大；但i 过大线 圈发热，f 过高则铁芯涡流损失变大。 由于两次级线圈不完全对称，S=0时有残存 电势。
3、仪表精确度的选取
按国家标准化系列规定生产，有： 0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，4七个等级。 通常（0.5~4.0)％精度压力表用于工业现场； 0.2％精度用于企事业单位作三等标准表。
[例3-1] 己知某测点压力约10MPa，要求其测量误差不超过 0.1MPa。试确定该测点用的压力表量程范围及精度等级？
4、保证仪表与取压口要在同一水平上 对于未预先调整仪表机械零位的压力 表，在使用中其读值应注意安装高度的 液柱修正。
[例3-3] 已知如图(a)和(b)的测压系统中，脉冲水密度 为ρ=988kg/m3，高度差H=10m，仪表指示压力 pd=40bar，大气压力为patm=1atm,试求图(a)和图(b)中 容器内介质绝对压力各为多少MPa？ 解：高度差压头 Hρg = 10×988×9.80665= 96889.7 Pa 对于图（a）: pabs= pd+ Hρg+patm = 40×105＋96889.7＋101325 ≈ 4.2 MPa 对于图（b）: pabs= pd -Hρg+patm = 40×105-96889.7＋101325 ≈ 4.0 MPa
热工测量仪表
教师： 朱红霞 Email： zhxia@
应变片式压力传感器工作原理
应变片式压力传感器工作原理应变片式压力传感器是一种常用的压力测量设备，它通过检测物体受力而产生的应变来测量压力大小。
其工作原理基于材料力学中的应变-应力关系。
应变片式压力传感器的工作原理可以分为两个主要步骤：应变测量和压力计算。
首先，应变片感知物体受力后产生的应变。
应变片是一种特殊的电阻材料，通常由金属或半导体材料制成。
当物体受力时，应变片会发生微小的形变，从而产生应变。
应变片上的电阻值会随着应变的变化而发生相应的变化。
为了测量应变片上电阻的变化，常用的方法是采用电桥电路。
电桥电路由四个电阻组成，其中一个电阻是变化的应变片电阻，其余三个电阻是固定的。
当应变片受到应变时，电桥电路中的电阻差会导致电压差的产生。
这个电压差可以通过测量电桥电路的输出电压来得到。
接下来，根据应变和压力之间的线性关系，可以通过压力传感器的校准曲线来将输出电压转换为压力值。
校准曲线可以通过实验测量获得，将已知压力值与输出电压值进行对应，获得一个压力-电压的关系曲线。
当测量到的输出电压通过校准曲线转换后，就可以得到物体所受的压力值。
应变片式压力传感器的精度和灵敏度主要取决于应变片的材料和几何形状。
常用的应变片材料有金属（如钢、铜、铝）和半导体材料（如硅）。
不同的材料具有不同的力学性质，因此适用于不同范围的压力测量。
此外，应变片的形状和布局也会影响传感器的灵敏度和响应速度。
需要注意的是，应变片式压力传感器在使用过程中还需要考虑温度对其性能的影响。
由于材料的热膨胀性质，温度变化会导致应变片的形变，从而产生误差。
为了解决这个问题，常见的方法是在应变片上加热敏电阻，通过测量电阻值的变化来补偿温度的影响。
应变片式压力传感器通过检测物体受力而产生的应变来测量压力大小。
其工作原理基于应变测量和压力计算两个步骤。
通过测量应变片上电阻的变化，并将输出电压转换为压力值，可以实现对压力的准确测量。
在实际应用中，还需要考虑材料的选择和温度补偿等因素，以提高传感器的性能和精度。
应变片测压应变
应变片测压应变
应变片测压应变的工作原理是将应变片粘贴在受力的物体表面，当物体发生形变时，应变片会感应到形变并产生相应的电压变化。
这个电压变化与物体的形变成正比关系，因此可以通过测量电压变化来计算物体的形变量。
具体来说，应变片是一种电阻应变计，它由金属丝构成，当金属丝受到拉力或压力作用时，其电阻值会发生变化。
这个电阻变化与金属丝所受的力成正比关系。
因此，将应变片粘贴在物体表面，当物体受到压力作用时，应变片会感应到物体的形变并产生相应的电阻变化。
通过测量电阻变化，可以计算出物体所受的压力大小。
常用的测量方法是使用电桥电路将应变片的电阻变化转换成电压信号，然后通过后续的信号处理和计算得到压力值。
应变片测压应变具有测量准确、响应速度快、使用方便等优点，因此在压力测量领域得到了广泛应用。
第三章过程检测技术误差及压力测量
引用 误 差:
δ=△max/ （x上 －x 下）=0.5%
三仪表的性能指标
1.精确度: 是衡量仪表准确程度的一个品质指标。数值上等于在规 定的正常情况下，仪表所允许的引用误差。
允
max x上 x下
100 %
k%
精确等级：将仪表允许的引用误差±号及%号去掉，和国家规 定的 精度等级比较后，确定仪表的精度等级 国家规定的精确度等级有：
。求出：
允
max x上 x下
100 %
k%
去掉%和±并与国家精度等级相比，取相等或高档的精度等级。
例3：
② 或判断现有的仪表精度等级是否满足工艺要求： 即仪表的量程N和精度等级都已知，判断仪表是否满足工艺要求。
先算出仪表的： △允max=N×δ% 再测出仪表的： △测max=X指－X0 再 比 较： △测max ≤ △允max 合格
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前言
●检测仪表：用来检测生产过程中工艺参数的技术工具。 ●感 传 器：将生产工艺参数转换为一定的便于传送的 信号（如气信号或电信号）的仪表。 ●变 送 器：当传感器的输出信号为单元组合仪表中规 定的标准信号时，如：气压信号（0.02～0.1MPa或电 压、电流信号（0～10mA或4～20mA） ，称为变送器
指
0
的 仪表的读数（标准表的指
示 值）
2 相对误差：某一点的绝对误 差与标准表在这一点的指示值 x0之比。
y x x0 100 %
x0
x0
3 引用误差：将绝对误差折合成仪表测量范围（量程范围）的百分 数
max 100 %
x上 x下
x上 ——仪表的测量上限 x下——仪表的测量下限
N——仪表的量程（x上－x下）
化工仪表自动化 【第三章】概述及压力检测及仪表
3.1 概述
测量工具不够准确
测量者的主观性
周围环境的影响等
3.1 概述
1.测量误差的定义 由仪表读得的被测值与被测量真值之间的差距。 2.测量误差的表示方法
绝对误差
相对误差
xi：仪表指示值, xt：被测量的真值 由于真值无法得到 x：被校表的读数值， x x0 x0 ：标准表的读数值
导体也有霍尔效应，不过它们的霍尔电势远比半导 体的霍尔电势小得多。
3.2 压力检测及仪表
将霍尔元件与弹簧管配合，就组成了霍尔片式弹 簧管压力传感器，如图3-10所示。 当被测压力引入后，在 被测压力作用下，弹簧管自由 端产生位移，因而改变了霍尔 片在非均匀磁场中的位置，使 所产生的霍尔电势与被测压力 成比例。 利用这一电势即可实 图3-10 霍尔片式压力传感器 现远距离显示和自动控制。
将检测的参数转换为一定的便 于传送的信号的仪表
变送器
传感器的输出为单元组合仪表 中规定的标准信号
3.1 概述
测量过程的实质： 将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。 测量仪表： 将被测参数经过一次或多次的信号能量变换，最终获得 一种便于测量的信号能量形式，并由指针位移或数字形式 显示。
第三章 检测仪表及传感器 3.2 压力检测及仪表
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ1.压力的单位
压力是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。
F S 式中，p表示压力；F表示垂直作用力；S表示受力面积。 p
压力的单位为帕斯卡，简称帕（Pa）
1Pa 1 N m2
1MPa 1106 Pa
3.2 压力检测及仪表
工程上除了（帕）外使用的压力单位还有：工 程大气压、物理大气压、汞柱、水柱等。 帕与汞柱和物理大气压的换算关系为：
第3-1章 电阻应变片(电阻应变测量技术)
L=150mm,室温、单向受力状态， 应变片丝栅方向与最大主应变方 向一致，采用砝码在梁一端施加
梁高 h=5mm
作 用 力 P=0.1KN ， 测 得 挠 度 为
P
1.5mm，实测量得电阻由120Ω
变为120.12Ω，求得应变片的实 梁长
际灵敏度K。
L=150mm
Sichuan University
25
§3-1 电阻应变片
4 应变片的参数和工作特性
（7）应变极限：应变片最大应变测量值。
一般规定：应变片显示的值与机械应变的相对误差达到 规定标准（一般10%）时的机械应变即为应变极限。此时， 认为应变片失去了工作能力。
（8）绝缘电阻：敏感栅及引线与被测试件之间的
电阻值。
应变片粘结层固化程度和是否受潮的标志。一般 >2M 欧，高精度测试>50M欧。
Sichuan University
29
§3-1 电阻应变片
5 应变片的选用与应变片粘结工艺
(2)应变片粘结工艺：
1 应变片检查:外观检查、电阻值检查 2 表面处理:刮刀除锈、砂布打磨、脱脂棉擦洗、吹风 机烘干 3 贴片与固化:画线、涂胶、用玻璃纸压、调整、补胶 4 粘贴质量检查:外观检查、电阻值检查、绝缘电阻检 查、连接电阻应变仪检查 5 连接导线:导线固定、导线焊接 6 防潮处理:凡士林、石蜡等
15
§3-1 电阻应变片
3 分类
（3）应变花: 在一个基底上有几个按一定角度排列的
敏感栅的应变片。
测量主应力方向未知条件下平面应力状态。 自补偿应变片：用于高低温和温差大的条件
Sichuan University
16
§3-1 电阻应变片
4 应变片的参数和工作特性
压力和压差测量
11
3.2.3
液柱式压力计的误
1. 公式可见，P1一定时P2，g，ρ1，ρ2，ρ参数变化可能引起误差； 2. 毛细现象（表面张力）影响：管中封液的分界面也不是水平的，呈 弯月面，从而使得液面升高或是降低，引起附加误差； 此误差与封液的种类、管内径有关;内径细，则误差高，一般要求 内径大于6～8mm。对于一定的结构的封液的压力计，毛细现象引起 的读数误差是一定的。（水<2mm,Hg<1mm），不随液面的高低变 属于系统误差，很易修正。 3. 温度变化的影响：温度变化可导致毛细现象的变化，标尺的变化以 及封液密度的变化（其中封液密度变化是主要的误差源）； 4. 重力加速度修正：使用实际重力加速度； 5. 读数误差：正确读数方式：眼与液面的顶，底平； 6. 位置倾斜的误差（安装误差）。
7
3.2.1 U型管压力
8
数学模型：
设P1—被测压力；P2—参 比压力（多为大气压）， 当P1≠P2时，液柱的高度 差（h1+h2）： 由流体静力学知：在连续 同一均质液体中，同一高 度上的静压力相等。以 A—A面为基准高度，由 压力平衡知：
P1 + ρ1 g(H + h1 ) = P2 + ρ 2 g(H - h2 ) + ρg(h1 + h2 )
9
展开整理
P1 = P2 + g( ρ 2 − ρ 1 )(H - h2 ) + g( ρ − ρ 1 )(h1 + h2 )1=ρ2， 则： P1= P2+ g(ρ-ρ1)(h1+h2) 若 ρ1=ρ2 且ρ1<<ρ， 则 P1= P2+ gρ (h1+h2) 差压测量（若P2=PD，即为表
传感器与检测技术应用模块三、力和压力检测
R1R3 R2 R4 I R1 R2 R3 R4
8
（3）电桥的类型 R U 单臂电桥：输出电压为 U 1 4 R 1 R U U 双臂电桥（或半桥）： 2 R R U 全桥 ： R U
o i
o
i
o
i
9
4、应变片的温度补偿
（1）桥路补偿法 因温度变化而引起的电阻变化 和的作用可相互抵消，从而起 到温度补偿的作用。
24
3、训练步骤
（1）观察压电式传感器的结构外形 （2）线路安装 （3）测量并记录
25
三、课题小结
（1）理解和掌握压电式传感器的工作原理 ； （2）熟悉压电效应、压电式传感器的类型、 结构和压电材料 ； （3）了解压电式传感器的测量转换电路 ； （4）熟悉压电式传感器的应用 。
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课题三 电感式传感器测压力
12
3、训练步骤
（1）了解实验仪器上各元件的位置。 （2）调试电路。 （3）测量并记录。
应变片特性测试图
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三、课题小结
（1）电阻应变片的测力原理、结构 ； （2）单臂电桥、半桥、全桥三种测量电路的 特点 ； （3）应变片的补偿方法 。
14
课题二 压电式传感器测力
一、基础知识
1、压电效应
某些物质(物体)，如石英、铁酸钡等，当受到外 力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部 也会被极化，表面会产生电荷；当外力去掉时， 又重新回到原来的状态，这种现象称为压电效应。 相反，如果将这些物质 (物体)置于电场中，其几 何尺寸也会发生变化，这种由外电场作用导致物 质 (物体）产生机械变形的现象，称为逆压电效 应。 （1）石英晶体的压电效应 （2）压电陶瓷的压电效应
一、基础知识
化工仪表第3章1压力检测
第二节 压力检测及仪表
在压力测量中，常有:表压、绝对压力、负压或真空 度之分。
p表 大气压力线
p表压 p绝对压力 p大气压力
P绝
P真 P绝 零线
图3-4 绝对压力、表压、负 压（真空度）的关系
当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度 来表示。
0～100℃的温度测量仪表才满足本题的测量要求。
检测仪表的主要性能指标
二、变差
在外界条件不变的情况下，使用同一仪表对被测变量在全量程 范围内进行正反行程（即逐渐由小到大和逐渐由大到小）测量 时，对应于同一被测值的仪表输出可能不等，二者之差的绝对 值即为变差。 变差的大小，根据在同一被测值下正反特性间仪表输出的最大 绝对误差和测量仪表量程之比的百分数来表示：
变差
最大绝对差值 测量范围上限值 测量范围下限值
100%
检测仪表的主要性能指标
三、灵敏度和灵敏限
仪表的灵敏度是表征仪表指针的线位移或角位移与引起这个
位移的被测参数的变化量的比值，即
灵敏度＝Δy/Δx
仪表的灵敏度-在数值上等于单位被测参数变化量所引起的 仪表的灵敏限-引起仪表指针发生动作的被测参量的最小变
慢常采用时间常数T和传递滞后时间（纯滞后时
间）τ两个参数表示（这两个参数的含义与上
一章中对象数学模型中的时间常数T和纯滞后时
间τ的数学含义是一致的）。 它们的存在会降低检测过程的动态性能，其中 纯滞后时间τ的不利影响远远超过时间常数T的 影响。
工业仪表的分类
1、按仪表使用的能源分类： 气动仪表、电动仪表、液动仪表
检测仪表的主要性能指标
力、扭矩和压力传感器
(a)短接式；(b)箔式；(c)用于扭矩测量；(d)用于流体压力测量
3.1 测力传感器 3. 应变片的材料 4. 应变片的粘贴工艺
粘贴工艺包括应变片的质量检查和阻值检查、试件表面处 理、定位划线、粘贴应变片、干燥固化、引线焊接、固定以 及防护与屏蔽处理等。
5. 应变片的工作特性及参数 1）灵敏系数
3.1 测力传感器 4．轮辐式力传感器： 10kN以上
F
F作用在轮毂顶部和轮圈底部，每根轮辐可等效为一端固 定、另一端承受 F / 4力和 Fl/8 力矩作用的等截面梁。两端断 面处产生的弯矩最大，应变片粘贴处的应变为：
M M 3 l ( -lx )F 2 2 E EW Ebh / 6 2 Ebh 2
R1 R2 ， R3 R4 —— 输出对称电桥
3.1 测力传感器 在实际应用中：
（ 1） R1 R2 R3 R4 R —— 全等臂电桥
R1 R2 R ， R3 R4 R —— 输出对称电桥 （ 2）
若 Ri Ri Ri ，且 R R，则
U R1 R2 R4 R3 Uo ( ) 4 R1 R2 R4 R3
2）试件材料和敏感栅材料线膨胀系数的影响
(
Rt
R
) 2 S ( 1 2 ) t
由温度变化引起的总电阻相对增量为：
Rt
R
[ t S ( 1 2 )] t
相应的热输出为： t
Rt / R
S
t
S
t ( 1 2 ) t
3.1 测力传感器 2. 温度补偿
90%
3.1 测力传感器
2）假设试件内的应变波按正弦规律变化。设应变波的波长为 ，应变片两端点的坐标为 x1和x2 ，于是沿应变片基长 l 内测得的平均应变为：
化工仪表与自动化第五版第三章作业与答案
第三章1．什么是真值？什么是约定真值？相对真值？答：真值是一个变量本身所具有的真实值，它是一个理想的概念，一般是无法得到的。
所以在计算误差时，一般用约定真值或相对真值来代替。
约定真值是一个接近真值的值，它与真值之差可忽略不计。
实际测量中以在没有系统误差的情况下，足够多次的测量值之平均值作为约定真值。
相对真值是指当高一级标准器的误差仅为低一级的1/3~1/20时，可认为高一级的标准器或仪表示值为低一级的相对真值。
2．什么叫仪表的基本误差、测量误差和附加误差?有何区别?答：仪表的基本误差是指在规定条件下仪表的误差。
仪表在制造厂出厂前，都要在规定的条件下进行校验。
规定条件一般包括环境温度、相对湿度、大气压力、电源电压、电源频率、安装方式等。
仪表的基本误差是仪表本身所固有的，它与仪表的结构原理，元器件质量和装配工艺等因素有关，基本误差的大小常用仪表的精度等级来表示。
使用仪表测量参数时，测量的结果不可能绝对准确。
这不仅因为仪表本身有基本误差，而且还因为从开始测量到最后读数，要经过一系列的转换和传递过程，其中受到使用条件、安装条件、周围环境等一系列因素影响，也要产生一定的误差。
所以在很多情况下，仪表的显示数值与标准值(真实值)之间存在着一个差值，这个差值称为测量误差。
通常情况下，仪表的测量误差大于基本误差，因为测量过程还产生-二些附加误差。
附加误差是仪表在非规定的参比工作条件下使用时另外产生的误差。
如电源波动附加误差，温度附加误差等。
3．什么是仪表的反应时间?用什么方法表示?答：当用仪表对被测量进行测量时，被测量突然变化以后，仪表指示值总要经过一段时间后才能准确地显示出来。
反应时间就是用来衡量仪表能不能尽快地反应出参数变化的品质指标。
反应时间的长短，实际上反映了仪表动态特性的好坏。
反应时间的表示方法有两种。
(1)当输入信号突然变化一个数值后，输出信号将由原始值逐渐变化到新稳态值。
仪表的输出信号(即指示值)由开始变化到新稳态值的63．2％所用的时间，即为反应时间。
中国石油大学化工检测仪表第三章 压力测量
当绝对压力大于大气压时，一般用表压表示； 绝对压力小于大气压时，一般用真空度表示。
基本概念
三、压力仪表分类：根据信号传输方式 1. 就地指示式：液柱式、弹管压力表 2. 远传信号式：电阻式、电容式、霍尔式、电感式等
第二节 就地指示压力测量仪表
3.2.1 液柱式压力计 3.2.2 弹性式压力计
3.2.1 液柱式压力计
四、 液柱式压力计特点 （1） 就地指示，简单直观 （2） 测量低压（差压）
（3）常用于实验室，因不能耐高温、易碎，现场很少用
（4）因工作液不同，液柱表面会出现弯月现象，正确的读数方法： 浸润性工作液:读取凹月 面的最低点；
非浸润性工作液:读取凸 月面的最高点。
3.3.2 弹性式压力计
ห้องสมุดไป่ตู้
三、电接点压力表 在普通弹簧管压力表的基础 上附加两个静触点1和2，触点 位置可根据要求的压力上、下 限数值设定。 指针3为测量值，是动触点， 在动、静触点之间接入电源。 压力超限时，动、静触点闭 合，报警回路接通，信号灯亮 （蜂鸣器响）发出报警信号。 还可经中间继电器实现某种信号联锁控制或位式控制。
3.2.1 液柱式压力计
一、U型管压力计
根据静力平衡原理可知，在U形管2-2截面上 左右压力平衡
被测介质 ρ´
教材是力平衡：PA ghA ghA PA A 有问题
P gh gh PA
g — 重力加速度； PA — 相对较低的压力或大气压； P — 相对较高的压力。
结论：
x k1 P
k1 ↑ →量程↓
K1由若弹簧管横截面几何形状、刚度决定，则 P↑→ x↑ 可据位移x变化测量压力P。
刚度↑→ k1↓→量程↑ 弹簧管长度↑→ k1 ↑ →量程↓ 用于小量程（多圈弹簧管）
《热能与动力工程测试技术（第3版）》俞小莉（试卷及其答案）
《热能与动力工程测试技术》试题I姓名：学号：专业：得分：一、填空题（填空题（2020分，每空1分）1.1.和共同表达了测量系统的频率响应特性。
和共同表达了测量系统的频率响应特性。
2.2.与之差称为误差。
与之差称为误差。
3.3.当激光照射到跟随流体一起运动的微粒上时，与之间的频率偏离量称作多普勒频移。
当激光照射到跟随流体一起运动的微粒上时，与之间的频率偏离量称作多普勒频移。
4.4.电磁流量计（简称电磁流量计（简称EMF EMF）是基于进行工作的。
）是基于进行工作的。
5.光电式转速传感器是利用光电元件对光的敏感性来测量转速的，可分为、两种。
6.6.测振系统分为、以及。
测振系统分为、以及。
7.7.传声器是一种声传声器是一种声传声器是一种声--电信号转换器件，有、和等种类。
8.8.温标有、温标有、、和四种。
9.9.就大多数测量而言，其随机误差都服从规律。
就大多数测量而言，其随机误差都服从规律。
二、是非题（是非题（1010分，每题2分）1.振动测量的主要参数为位移、速度、加速度。
（）2.从本质上讲，液位测量是一门检测气体-液体之间分界面的技术。
（）3.3.差压式液位计的理论依据是可压缩流体（液体）的静力学原理。
差压式液位计的理论依据是可压缩流体（液体）的静力学原理。
（）4. A 计权网络模拟人耳40phon 等响度曲线设计，主要衰减人耳不敏感的低频声音，对中频段声音有一定衰减。
（）5. 声功率级不能直接测得，可在一定条件下利用声压级进行换算。
（）三、简答题（共35分）1.1.测量系统的输出量与输入量之间关系可采用传递函数表示，测量系统的输出量与输入量之间关系可采用传递函数表示，试说明串联环节、并联环节及反馈联接的传递函数的表示方法。
（10分）2.2.什么叫做传递误差？为何测量系统中采用负反馈可以提高测量精度？（什么叫做传递误差？为何测量系统中采用负反馈可以提高测量精度？（什么叫做传递误差？为何测量系统中采用负反馈可以提高测量精度？（1010分）分）3.3.试说明为何水银温度计可作为精密标准温度计？（试说明为何水银温度计可作为精密标准温度计？（试说明为何水银温度计可作为精密标准温度计？（55分）分）4.4.简述光纤流量计和超声波流量计的工作原理、特点。
力学量检测技术
0.980665
1×104
0.9678
1
0.73556 ×103
1.422398 ×10
毫米汞柱 (mmHg)
1.333224 ×102
1.333224 ×10-3
1.35951 ×10
1.316 ×10-3
1.35951 ×10-3
1
1.934 ×10-2
磅力/英吋2 (lbf/m2)
通过调整螺钉可以改变连杆与扇形齿轮的接合点位置，从而改变放大比，调整仪表的量程。转动轴上装有游丝，用以消除两个齿轮啮合的间隙，减小仪表的变差。直接改变指针套在转动轴上的角度，就可以调整仪表的机械零点。 弹簧管压力计结构简单,使用方便，价格低廉，测压范围宽，应用十分广泛。一般弹簧管压力计的测压范围为 105～109Pa；精确度最高可达±0.1％。 弹性压力计信号远传方式 弹性压力计可以在现场指示，但是许多情况下要求将信号远传至控制室。一般可以在已有的弹性压力计结构上增加转换部件,实现信号的远距离传送。弹性压力计信号多采用电远传方式，即把弹性元件的变形或位移转换为电信号输出。常见的转换方式有电位计式、霍尔元件式、电感式、差动变压器式等，图3-5给出两种电远传弹性压力计结构原理。
0.75006 ×10-2
1.450442 ×10-4
巴 (bar)
1×105
1
1.019716 ×104
0.9869236
1.019716
0.75006 ×103
1.450442 ×10
毫米水柱 (mmH2O)
0.980665 ×10
0.980665 ×10-4
1
0.9678 ×10-4
应变片压力传感器原理与应用完整版
应变片压力传感器原理与应用HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】应变片压力传感器原理与应用电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。
它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。
电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。
金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。
通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。
这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。
金属电阻应变片的内部结构如图1所示，是电阻应变片的结构示意图，它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。
根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。
而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。
一般均为几十欧至几十千欧左右。
电阻应变片的工作原理金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。
金属导体的电阻值可用下式表示：式中：ρ——金属导体的电阻率（Ω·cm2/m）S——导体的截面积（cm2）L——导体的长度（m）我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。
当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。
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2、压力的表示
绝对压力PJ
大气压力PD
表压力PB
表压 1 绝对 压力 大气压力线 负压 1 真空度 绝对 压力
PB= PJ －PD PZ＝ PD－ PJ
真空度PZ（负压）
0
绝对压力的零线
二、应变式传感器
1、应变片的工作原理
我们可以做这样一个较简单的实验：取一根细电阻丝， 记下其初始阻值（图中为10.01）。当我们用力将该电 阻丝拉长时，会发现其阻值略有增加（增加到为 10.05）。测量应力、应变、力的传感器就是利用类似 的原理制作的。
• 用应变片测试应变时，将应变片粘 贴在试件表面。当试件受力变形后， 应变片上的电阻丝也随之变形，从 而使应变片电阻值发生变化，通过 测量转换电路最终转换成电压或电 流的变化。
三、应变片的种类
1、金属应变片（应变式压力传感器）
（1）金属丝式
（2）箔式
（3）薄膜式
2、半导体应变片（压阻式压力传感器）
③ 粘贴补偿片的补偿块材料和粘贴工作片的被 测试件材料必须一样, 两者线膨胀系数相同。 ④ 两应变片应处于同一温度场。
2) 应变片自补偿，巧妙的安装应变片
应变片
被拉伸 试件 被压缩
2. 确定中心线
4 应变片的粘贴
1. 去污：采用手 持砂轮工具除去 构件表面的油污、 漆、锈斑等，并 用细纱布交叉打 磨出细纹以增加 粘贴力 ，用浸有 酒精或丙酮的纱 布片或脱脂棉球 擦洗。
2. 电阻应变片的温度补偿方法
电阻应变片的温度补偿方法通常有线路补 偿法和应变片自补偿两大类。
1) 线路补偿法
若实现完全补偿, 上述分析过程必须满足四个条件:
① 在应变片工作过程中, 保证R3 =R4。 ② R1和RB两个应变片应具有相同的电阻温度系
数α, 膨胀系数β, 应变灵敏度系数K和初始电阻值R0。
电子秤
远距离 显示 磅秤 超市打印秤
电子天平
电子天平的精度 可达十万分之一
人体 秤
吊钩秤
便携式
应变式数显扭矩扳 手
可用于汽车、摩托车、飞机、内燃机、机械 制造和家用电器等领域，准确控制紧固螺纹的 装配扭矩。量程2~500N.m，耗电量≤10mA， 有公制/英制单位转换、峰值保持、自动断电等 功能。
3.4.4 应变式加速度传感器 用于物体加速度的测量。 依据：a=F/m。
2 3 1 4
1 —等强度梁； 2 —质量块； 3 —壳体； 4 —电阻应变敏感元体
图3-17 电阻应变式加速度传感器结构图
测量原理：将传感器壳体与被测对象刚性连接，当被 测物体以加速度a 运动时，质量块受到一个与加速度方向 相反的惯性力作用， 使悬臂梁变形，该变形被粘贴在悬臂 梁上的应变片感受到并随之产生应变，从而使应变片的电
第三章
压力及
力 检测
应变效应 压力的概念 和单位
应变片
压力及力的 测量
应变式压力计
应变片温度补偿 与粘贴
压电式、压磁式、 电容式、霍尔式
转换电路
应变式 力与压力传感器
1、压力的表示 2、应变片测力的原理 3、各种类型的应变片及其特点 4、应变片的温度误差及其补偿 5、应变片的应用电路
一、压力及其单位
阻发生变化。 电阻的变化引起应变片组成的桥路出现不平
衡，从而输出电压， 即可得出加速度a值的大小。 适用范围：不适用于频率较高的振动和冲击场合， 一 般适用频率为10~60 Hz范围。
1、应变片测量力的原理是什么？ 2、应变片有哪几种类型？ 3、单臂、半桥和全桥电路的灵敏度有怎样的倍数关系？谁的灵 敏度最大？ 4、如右下图是一个圆柱体弹性元件，A、B、C、D是四个应变 片，观察他们粘贴的位置后判断四个应变片在电桥中应怎样连接？ 画出电桥电路来说明. 5、如左下图所示，如需测量弯曲力和拉伸力，那么应变片应该 怎样连接在电桥电路中，分别画出测量弯曲力和拉伸力的测量电 桥电路。
金属丝式应变片使用最早，有纸基、胶基之分。由于金属丝
式应变片蠕变较大，金属丝易脱胶，有逐渐被箔式所取代的趋势 。但其价格便宜，多用于应变、应力的大批量、一次性试验。 箔式应变片中的箔栅是金属箔通过光刻、腐蚀等工艺制成的 。箔的材料多为电阻率高、热稳定性好的铜镍合金。箔式应变片 与片基的接触面积大得多，散热条件较好，在长时间测量时的蠕 变较小，一致性较好，适合于大批量生产。 还可以对金属箔式应变片进行适当的热处理，使其线胀系数 、电阻温度系数以及被粘贴的试件的线胀系数三者相互抵消，从
（4） 粘结剂
用于将敏感栅固定于基底上，并将盖片与基底粘贴在一 起。使用金属应变片时，也需用粘结剂将应变片基底粘贴在 构件表面某个方向和位置上。以便将构件受力后的表面应变 传递给应变计的基底和敏感栅。 常用的粘结剂分为有机和无机两大类。有机粘结剂用于 低温、常温和中温。常用的有聚丙烯酸酯、酚醛树脂、有机 硅树脂，聚酰亚胺等。无机粘结剂用于高温，常用的有磷酸 盐、硅酸、硼酸盐等。
二、应变片的结构 与材料
由敏感栅 1 、基底 2、盖片 3、引线 4和粘结剂等组成。 这些部分所选用的材料将直接影响应变片的性能。因 此，应根据使用条件和要求合理地加以选择。
4
3
b 2 1 电阻应变片结构示意图 l
栅长 栅宽
（1） 敏感栅
由金属细丝绕成栅形。电阻应变片的电阻值为60Ω、120Ω、 200Ω等多种规格，以120Ω最为常用。 对敏感栅的材料的要求： ①应变灵敏系数大，并在所测应变范围内保持为常数； ②电阻率高而稳定，以便于制造小栅长的应变片； ③电阻温度系数要小； ④抗氧化能力高，耐腐蚀性能强； ⑤在工作温度范围内能保持足够的抗拉强度； ⑥加工性能良好,易于拉制成丝或轧压成箔材； ⑦易于焊接，对引线材料的热电势小。 对应变片要求必须根据实际使用情况，合理选择。
电路将R /R转换为输出 电压U0。
1、桥式测量转换电路工作方式
①单臂电桥 双臂电桥 四臂全桥
单臂电桥
R1为应变片， R2 、 R3、R4为 固定电阻 。
双臂电桥
R1、 R2为应变片，R3、 R4为固定电阻 。应变 片R1 、R2 感受到的应 变1~2以及产生的电
阻增量正负号相间， 可以使输出电压Uo成 倍地增大。
试 件
四臂全桥
全桥的四个桥臂都为应变 片，如果设法使试件受力后，
应变片R1 ~ R4产生的电阻增量
（或感受到的应变1~4）正负 号相间，就可以使输出电压Uo
成倍地增大。上述三种工作方
式中，全桥四臂工作方式的灵 敏度最高，双臂半桥次之，单
臂半桥灵敏度最低。采用全桥
（或双臂半桥）还能实现温度 自补偿。
F
C
A D
B
题 5图
题 4图
压电效应
某些物质沿某一方向受到外力作用时，会产生
变形，同时其内部产生极化现象，此时在这种
实验证明，电阻丝及应变片的电阻相对变化量R R与材料力学 中的轴向应变x的关系在很大范围内是线性的，即
R K x R
K—电阻应变片的灵敏度
x
— 称为电阻丝的轴向应变，也称纵向应变 x通常很小，在应变测 量中，也常将之称为微应变
对于不同的金属材料，K 略微不同，一般为2左右。而对半导体材 料而言，由于其感受到应变时，电阻率 会产生很大的变化，所以灵敏 度比金属材料大几十倍。
•
薄膜应变片是采用真空蒸发或真空沉淀 等方法在薄的绝缘基片上形成0.1μm以下的 金属电阻薄膜的敏感栅, 最后再加上保护层。 它的优点是应变灵敏度系数大, 允许电流密 度大, 工作范围广。
• 半导体应变片是用半导体材料制成的, 其工 作原理是基于半导体材料的压阻效应。所 谓压阻效应，是指半导体材料在某一轴向 受外力作用时, 其电阻率ρ发生变化的现象。
而将温度影响减小到最小的程度，目前广泛用于各种应变式传感
器中。
• 丝式应变片 丝式电阻片是用0.003mm-0.01mm的合 金丝绕成栅状制成的；
箔式应变片
箔式应变片是利用光刻、腐蚀等工艺制成的一种 很薄的金属箔栅, 其厚度一般在0.003～0.01mm。其优 点是散热条件好, 允许通过的电流较大, 可制成各种所 需的形状, 便于批量生产。
3.贴片：在应变 片的表面和处理 过的粘贴表面上， 各涂一层均匀的 粘贴胶 ，用镊子 将应变片放上去， 并调好位置，然 后盖上塑料薄膜， 用手指揉和滚压， 排出下面的气泡 。
4.接引线
引出导线要用柔软、 不易老化的胶合物适 当地加以固定，以防 止导线摆动时折断应 变片的引线。然后在 应变片上涂一层柔软 的防护层，以防止大 气对应变片的侵蚀， 保证应变片长期工作 的稳定性。
•
• 半导体应变片的灵敏度特别高，但是对温 度敏感.
应变片具有体积小、价格便宜、精度高、频率响应好等 优点，被广泛应用于工程测量及科学实验中。
斜拉桥上的斜拉绳应变测试
四、应变片的测量电路
金属应变片的电阻变
化范围很小，如果直接用
欧姆表测量其电阻值的变 化将十分困难，且误差很
大。常利用桥式测量转换
（2） 基底和盖片
基底用于保持敏感栅、引线的几何形状和相对位置，盖片 既保持敏感栅和引线的形状和相对位置，还可保护敏感栅。基 底的全长称为基底长，其宽度称为基底宽。
（3） 引线
是从应变片的敏感栅中引出的细金属线。对引线材料的性 能要求：电阻率低、电阻温度系数小、抗氧化性能好、易于焊 接。大多数敏感栅材料都可制作引线。
3、 应变片的温度误差及补偿 a. 应变片的温度误差
由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差 , 称为应变片的温度误差。 产生应变片温度误差的主要因素有:
电阻温度系数的影响
应变片温度误差 材料与应变片 膨胀系数不同
1) 电阻温度系数的影响 敏感栅的电阻丝阻值随温度变化的关系可用下式 表示： Rt=R0（1+α0Δt） 式中: Rt——温度为 t ℃时的电阻值;